专一酶水解壳聚糖高效制备壳寡糖的研究

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1、硕士学位论文专一酶水解壳聚糖高效制备壳寡糖的研究作者姓名吴健锋学科专业食品科学与工程指导教师张立彦所在学院食品科学与工程学院论文提交日期2018年4月Studyonefficientpreparationofchitosanoligosaccharidebyspecificenzymehydrolysis.ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WuJianfengSupervisor：ZhangLiyanSouthChinaUnivers

2、ityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TS209学校代号：10561学号：201520120968华南理工大学硕士学位论文专一酶水解壳聚糖高效制备壳寡糖的研究（广东省公益研究与能力建设专项资金资助（项目编号：2014B020204002）作者姓名：吴健锋指导教师姓名、职称：张立彦教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：食品科学与工程研究方向：食品加工与保藏论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员

3、会成员：主席：李汴生委员：张立彦、阮征、余保宁、闫鹤摘要壳寡糖具有多种生物活性，其中聚合度为2-6的壳寡糖的生理活性尤其显著。由于壳聚糖其特殊的溶液性质及壳聚糖酶解作用特性的限制，目前水解生产壳寡糖的效率还是十分低下，因此探究如何高效生产壳寡糖具有重要意义。为了提高酶解效率及目标壳寡糖的得率，本文分别研究了高浓度壳聚糖溶液专一酶水解过程及其效率提升，及高浓度壳聚糖溶液的水解产物的分离纯化工艺，并将高浓度壳聚糖溶液酶解和分离纯化相结合。最后还探讨了壳聚糖水解产物的微波真空干燥工艺。研究结果如下：1.对不同

4、浓度的壳聚糖酶水解过程中的还原糖及壳寡糖变化进行测定，结果发现随壳聚糖浓度增加，还原糖转化率减小，8%的壳聚糖溶液的最终还原糖转化率仅为39.8%，2~6聚合度壳寡糖的得率仅为50%左右。2.考察底物浓度对高浓度壳聚糖溶液酶解效果的影响，结果发现当壳聚糖底物浓度较低时反应初速度随底物浓度的增加急剧增加，当底物浓度上升，反应初速度逐渐趋于平缓，随后随底物浓度继续升高而下降。通过在水解时间4h或10h时补加壳聚糖，最终还原糖浓度有所提高，但是此时目标壳寡糖的得率有所下降，分别为45.58%和46.68%，而

5、且反应周期更长，不利于实际生产。3.考察高浓度壳聚糖溶液水解过程中的产物抑制，结果发现通过程序加入壳聚糖酶可以有效促进壳聚糖进一步降解，且酶量补加得越多水解液中还原糖含量越多。4h和8h分别补加酶5U/g壳聚糖可使还原糖的转化率大大提高，最终产物的平均分子量更小，目标聚合度的壳寡糖的得率提高至75.10%，而且生理活性最高的壳五糖和壳六糖含量也大幅度提高。综合多次补加壳聚糖胶体及程序添加壳聚糖酶的研究结果，推理认为高浓度壳聚糖在壳聚糖酶水解过程中由于酶-底物复合物的形成使得酶解效率下降，底物抑制作用明显

6、，补加壳聚糖酶可以有效提高酶解效率及目标壳寡糖的得率。4.对高浓度壳聚糖溶液的水解产物进行超滤，稳定时膜通量随压力逐渐增大，随后保持稳定，透过液中聚合度2~6的各种壳寡糖的含量呈不同程度的下降趋势，而聚合度2~6壳寡糖透过率先逐渐下降，随后保持稳定；稳定时膜通量随着温度上升逐渐增加。在温度范围25~50℃内，温度对于壳寡糖的透过率及其在透过液中的占比影响不大；2500Da的超滤膜既能透过目标壳寡糖，又能截留大分子物质。5.将高浓度壳聚糖的水解和超滤过程相结合，在不同水解时间点插入超滤操作的方案均可提升最

7、终聚合度2~6壳寡糖的得率，但补加壳聚糖酶量少的方案则壳寡糖得率I提高幅度也变小。6.对壳聚糖的水解产物进行微波真空干燥，结果发现在2~4W/g微波功率密度下，会出现明显的恒速干燥阶段，而在6~10W/g微波功率下，干燥速率达到最大值之后便逐渐下降。微波功率密度过大会使壳寡糖溶解时间显著增加（P<0.05），还会使产品褐变和焦化，羟自由基·OH清除率大幅度下降。真空度增大使壳寡糖的溶解时间显著减少（P<0.05），羟自由基清除率显著增加（P<0.05），而且样品白度增加，褐变程度降低。在物料厚度0.4~

8、1cm的范围内，微波真空干燥后得到的样品在溶解性、抗氧化性、色泽上均无显著性差异（P>0.05）。以溶解性和抗氧化性为指标的响应面优化分析，回归方程分别为：溶解时间=14+4.75A-2.88B-0.13C+0.5AC-0.75BC+5.13A2+2.37B2+0.88C2清除率=84.99-21.42A+8.71B+1.1C+3.38AB+1.52AC+1.11BC-18.96A2-2.95B2-0.022C2其中，A为微波功率密度，W/